Advanced

Aquatic organisms on the pill - effects on different organizational levels

Hallgren, Per LU (2014)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Det finns många kemikalier i vår miljö där vissa har visat sig göra hanliga fiskar honliga, äggskalen tunnare hos fåglar och som kan göra honliga snäckor hanliga, och det verkar ju inte vara en bra framtid för dessa djur. Sådana kemikalier går under benämningen endokrina störare, eftersom de stör naturliga biologiska processer som är viktiga för djurs utveckling av organ, homeostas, beteenden vid fortplantning och fertilitet. Kemikalierna kan komma ifrån industrier, besprutning av odlingsmarker eller från avloppsreningsverk där en del hamnar i vattendragen och blir tillgängliga för de djur som lever eller som hämtar sin föda där. Listan över dessa kemikalier är lång men några exempel är... (More)
Popular Abstract in Swedish

Det finns många kemikalier i vår miljö där vissa har visat sig göra hanliga fiskar honliga, äggskalen tunnare hos fåglar och som kan göra honliga snäckor hanliga, och det verkar ju inte vara en bra framtid för dessa djur. Sådana kemikalier går under benämningen endokrina störare, eftersom de stör naturliga biologiska processer som är viktiga för djurs utveckling av organ, homeostas, beteenden vid fortplantning och fertilitet. Kemikalierna kan komma ifrån industrier, besprutning av odlingsmarker eller från avloppsreningsverk där en del hamnar i vattendragen och blir tillgängliga för de djur som lever eller som hämtar sin föda där. Listan över dessa kemikalier är lång men några exempel är polyklorerade bifenyler (PCB) som har använts som brandskyddsmedel i transformatorer, tributyltenn (TBT) som finns i båtbottenfärg, ftalater som används som mjukgörare i plastprodukter, bisfenol A (BPA) som används som hårdgörare i plastprodukter samt 17α-ethinylestradiol (EE2) som är den aktiva substansen i p-piller.

Dessa kemikalier kan störa biologiska processer eftersom de liknar djurens kroppsegna kemiska signalsubstanser, t.ex. hormoner hos ryggradsdjur eller neuropeptider hos ryggradslösa djur. Det råder nog inga tvivel om att dessa kemikalier inte är hälsosamma för djur, eller för människan, och projekt har mynnat ut i utvärderingar från t.ex. världshälsoorganisationen (WHO, World Health Organisation) om hur man skall bemöta dessa problem. Detta kan göras genom en bättre förståelse hur dessa ämnen påverkar miljön, metoder för att övervaka, mäta och utvärdera effekterna samt identifiera nya kemikalier som kan störa det endokrina systemet.

EE2, ett syntetiskt östrogen och den aktiva substansen i p-piller, har visat sig främst påverka ryggradsdjur, t.ex. fiskar och groddjur. Detta beror på att dessa djur ur ett evolutionärt perspektiv inte skiljer sig så mycket från oss och har liknande kroppsegna signalsubstanser och receptorer för dessa ämnen. Den forskning som har bedrivits har visat att EE2 påverkar fiskars könsutveckling, fertilitet och parningsbeteenden på ett sätt som kan vara negativt för hela populationer av fisk. Forskningen har även visat att blötdjur, musslor och snäckor, påverkas av EE2 men graden av påverkan och hur de påverkas är artberoende. Vad som gör snäckor känsliga är dock inte helt klarlagt men det finns indikationer på att de har kroppsegna substanser som liknar de som ryggradsdjuren har, även om de inte är närbesläktade med dem. Andra ryggradslösa djur som insekter och kräftdjur är dock inte känsliga för EE2 i de koncentrationer som finns i våra vattendrag. Att säga att ett djur inte påverkas av EE2 kan dock vara fel, det beror mer på mängden av EE2 som djuret exponeras för (Allt är ett gift, och ingenting är utan giftighet. Enbart dosen bestämmer att något inte är ett gift. Paracelsus 1493-1541) samt vad man mäter hos ett djur, på molekylär-, organ-, individ, eller populationsnivå.

I min forskning har jag försökt att besvara frågor om hur EE2 påverkar populationstillväxten hos snäckor, hur EE2 påverkar fiskars beteenden då de söker föda, om EE2 kan påverka djur som inte är känsliga för EE2 genom indirekta effekter (trofiska kaskader) samt hur fiskars fysiologiska hälsa påverkas. Jag har även studerat om snäckors EE2 exponeringshistoria kan göra dem mer eller mindre toleranta för andra kemikalier samt om EE2 kan ha en påverkan på fysiologiska processer hos kräftdjur som kan påverka deras utveckling, programmerad celldöd, avgiftning och nervsignalering.

De resultat som jag har fått genom min forskning visar på att olika arter av snäckor kan ha olika tillväxt då de är exponerade för EE2, men effekterna var inte förmodligen inte stora nog att påverka populationstillväxten. Vad som skiljer de två arterna av snäckor är att en art är hermafrodit (tvåkönad) och en är separatkönad art. Om skillnaderna i deras tillväxt beror på att de har olika fortplantningsstrategier är dock inte klarlagt, men det visar på att närbesläktade arter kan reagera olika.

Jag observerade också att fiskars beteende då de söker föda kan påverkas negativt vilket försämrar deras födointag och tillväxt. Detta kan förmodligen bero på att fiskarna var exponerade för EE2 under tidig utveckling och då finns det en risk för att utvecklingen av organ kan påverkas negativt. Fiskar som är fullt utvecklade och är vuxna visade inget förändrat födointag, även om deras tillväxt var sämre, levern blev större hos både hanar och honor, samt gonaderna blev mindre hos hanliga fiskar. Ökningen av storleken på deras lever beror förmodligen på att även hanliga fiskar började producera vitellogenin, som är ett ägguleprotein. Förminskningen av gonaderna hos hanar kan påverka deras förmåga att fortplanta sig genom eftersom mindre mängd spermier kan leda till minskad fertilitet. Orsaken till deras lägre tillväxt kan vara en kombination av att energi har gått till avgiftningsprocesser och till en ökad produktion av ägguleprotein samt att EE2 kan förändra aktiviteten hos tillväxtshormoner. Att de hade sämre tillväxt kan vara alarmerande då det är viktigt för fiskar att lagra energi inför tider med mindre födotillgång samt att tiden till reproduktion kan förlängas.

Då vi exponerade två olika populationer av snäckor för EE2, där en population hade varit exponerat för EE2 tidigare i sitt liv och den andra hade inte varit exponerat, såg vi att snäckorna som hade varit exponerade för EE2 tidigare hade en högre tillväxtshastighet. Vi kan däremot inte med säkerhet härleda den snabbare tillväxten till EE2 exponeringen eftersom populationerna växt upp under olika betingelser även i andra avseenden än EE2 exponering. Förutom detta så såg jag att snäckorna växte sämre om de var utsatta för både EE2 och kadmium. Vi såg även att EE2 kan påverka avgiftningsmekanismerna, programmerad celldöd och nervsignalering hos kräftdjur och detta kan leda till förändrad populations dynamik genom att de inte kan bryta ner gifter sig samt att utvecklingen till vuxna individer fördröjs.

Även om effekterna av EE2 på de organismer, populationer och samhällen som jag har studerat inte verkar vara stora så kan det på lång sikt förändra hur samhällena ser ut i de vattendrag som är påverkade av endokrina störare. (Less)
Abstract
Communities are composed of organisms that interact with each other and with the non-biological environment. There are also anthropogenic pollutants in the environment that also interact with the organisms. Estrogenic endocrine disrupting compounds, for example 17α-ethinylestradiol (EE2, the active compound in contraceptive pills), released into surface waters can have negative effects on the organisms living there. Fish are sensitive to estrogenic EDCs and exposed fish can be less fertile and have inhibited reproductive behaviors that may lead to reduced population sizes while the majority of invertebrates are not sensitive, with the exception of mollusks. With the difference in sensitivity is likely that there may be consequences for... (More)
Communities are composed of organisms that interact with each other and with the non-biological environment. There are also anthropogenic pollutants in the environment that also interact with the organisms. Estrogenic endocrine disrupting compounds, for example 17α-ethinylestradiol (EE2, the active compound in contraceptive pills), released into surface waters can have negative effects on the organisms living there. Fish are sensitive to estrogenic EDCs and exposed fish can be less fertile and have inhibited reproductive behaviors that may lead to reduced population sizes while the majority of invertebrates are not sensitive, with the exception of mollusks. With the difference in sensitivity is likely that there may be consequences for aquatic communities, such as changes in the structure and dynamics.

We have studied the effects of EE2 on different organizational levels in the aquatic community and with the emphasis on end-points not connected to reproduction. We have shown that fish exposed to EE2 had inhibited somatic growth, increased size of liver, decreased size of gonads and also reduced foraging performance that indirectly affected prey communities by releasing them from predation. We have also shown that EE2 can inhibit or enhance somatic growth rates in gastropods depending on specie, but population growth rates was not affected, and that EE2 pollution history in gastropods may also influence the effects of novel stressors. Furthermore, we showed that EE2 can interfere with detoxification and apoptosis in copepods (crustacea) and this can make them more sensitive to novel stressors and affect molting and population demography.

The effects of EE2 we have observed on the organisms in our studies, together with the known negative effect on fish reproduction, may have consequences for community structures and ecosystem functioning in surface waters that receive EE2 or other estrogenic EDCs and. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Barber, Iain, Department of Biology, University of Leicester, UK
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
EDC, EE2, 17α-ethinylestradiol, fish, zooplankton, gastropods, population growth rates, direct and indirect effects, somatic growth, invertebrates
pages
123 pages
publisher
Department of Biology, Lund University
defense location
Röda rummet, Ekologihuset, Sölevgatan 37, Lund
defense date
2014-04-04 13:00
ISBN
978-91-7473-909-1
language
English
LU publication?
yes
id
660ab213-0721-4a7c-ab38-1000a67afd61 (old id 4353683)
date added to LUP
2014-04-09 12:07:58
date last changed
2016-09-19 08:45:06
@misc{660ab213-0721-4a7c-ab38-1000a67afd61,
  abstract     = {Communities are composed of organisms that interact with each other and with the non-biological environment. There are also anthropogenic pollutants in the environment that also interact with the organisms. Estrogenic endocrine disrupting compounds, for example 17α-ethinylestradiol (EE2, the active compound in contraceptive pills), released into surface waters can have negative effects on the organisms living there. Fish are sensitive to estrogenic EDCs and exposed fish can be less fertile and have inhibited reproductive behaviors that may lead to reduced population sizes while the majority of invertebrates are not sensitive, with the exception of mollusks. With the difference in sensitivity is likely that there may be consequences for aquatic communities, such as changes in the structure and dynamics.<br/><br>
We have studied the effects of EE2 on different organizational levels in the aquatic community and with the emphasis on end-points not connected to reproduction. We have shown that fish exposed to EE2 had inhibited somatic growth, increased size of liver, decreased size of gonads and also reduced foraging performance that indirectly affected prey communities by releasing them from predation. We have also shown that EE2 can inhibit or enhance somatic growth rates in gastropods depending on specie, but population growth rates was not affected, and that EE2 pollution history in gastropods may also influence the effects of novel stressors. Furthermore, we showed that EE2 can interfere with detoxification and apoptosis in copepods (crustacea) and this can make them more sensitive to novel stressors and affect molting and population demography.<br/><br>
The effects of EE2 we have observed on the organisms in our studies, together with the known negative effect on fish reproduction, may have consequences for community structures and ecosystem functioning in surface waters that receive EE2 or other estrogenic EDCs and.},
  author       = {Hallgren, Per},
  isbn         = {978-91-7473-909-1},
  keyword      = {EDC,EE2,17α-ethinylestradiol,fish,zooplankton,gastropods,population growth rates,direct and indirect effects,somatic growth,invertebrates},
  language     = {eng},
  pages        = {123},
  publisher    = {ARRAY(0x80d3fc0)},
  title        = {Aquatic organisms on the pill - effects on different organizational levels},
  year         = {2014},
}